氮摻雜石墨烯的合成及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最理想的二維納米材料。其極高的強(qiáng)度、出色的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能激發(fā)了科學(xué)家們極大的研究興趣，在電子學(xué)、吸附、催化、能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而石墨烯表面光滑且呈惰性，這很不利于它和其它材料的結(jié)合，所以在近些年來(lái)，對(duì)石墨烯進(jìn)行摻雜成為了拓展石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的重要方法。
　　本文以石墨烯為主體材料，充分利用其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能制備出電化學(xué)性能良好的氮摻雜石墨烯。采用SEM，TEM，XRD， Raman，BET，X

2、PS，CV，GCD等測(cè)試方法對(duì)氮摻雜石墨烯的相關(guān)性能進(jìn)行表征，探索氧化石墨稀的加入量對(duì)形成的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能等方面的影響。SEM和TEM分析表明：當(dāng)加入的氧化石墨烯的含量為3.75％時(shí)，合成的氮摻雜石墨烯呈現(xiàn)出無(wú)序、透明、褶皺的薄紗狀，且褶皺程度要明顯高于rGO。XPS分析表明，氮元素成功摻雜進(jìn)石墨烯晶格中，含量為5.29%。 BET結(jié)果表明，氮摻雜石墨烯的比表面積顯著增大，能達(dá)到554.32 m2/g。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：氮摻

3、雜石墨烯的比電容達(dá)最高可達(dá)312 F/g，比rGO高出了4.69倍，而且經(jīng)過(guò)10000次循環(huán)后，比電容仍可維持在94.5%，顯示出較高的比電容和良好的循環(huán)壽命。
　　KOH化學(xué)活化會(huì)對(duì)氮摻雜石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生巨大影響，研究不同活化倍數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探索出KOH活化法制備氮摻雜石墨烯的最佳工藝條件。測(cè)試結(jié)果表明：在活化溫度800℃下，KOH的活化倍率從1.0到7.0的處理結(jié)果發(fā)現(xiàn)，活化之后的樣品的比電容和比表面積都獲得了較大的提高

4、，而且在活化倍數(shù)為3.0時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)的比表面積高達(dá)554.32 m2/g，比電容為312 F/g，比未活化的高出了3.2倍，顯示出良好的放電容量和較好的倍率性能；然而在活化倍數(shù)達(dá)到更高的數(shù)值時(shí)，比電容值和比表面積都開(kāi)始下降，這種結(jié)果主要是因?yàn)檫^(guò)度活化造成孔結(jié)構(gòu)的毀壞塌陷。
　　再以氧化石墨烯作為前驅(qū)體，固化后密胺樹(shù)脂作為氮摻雜劑，采用水熱法成功制備了石墨烯基氣凝膠，最后進(jìn)行炭化得到超級(jí)電容器電極材料。采用 XRD，TEM，S

5、EM，TG，Raman，CV，GCD等對(duì)其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行表征，結(jié)果表明：所制備的氣凝膠均具有蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)，石墨烯片層排布規(guī)整，孔洞均勻，孔隙較大，呈現(xiàn)三維有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多重的孔隙結(jié)構(gòu)，并且密胺樹(shù)脂的附著良好，分散均勻。和石墨烯氣凝膠相比，GO/MF氣凝膠的電化學(xué)性能顯著提高，在電流密度為0.1 A/g時(shí)，比電容為106 F/g。這主要?dú)w因于材料擁有中空的三維有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于離子在電解液中的傳輸。而且適宜